課題15 酸堿中和滴定測定酸溶液的濃度

1、課題15 酸堿中和滴定測定酸溶液的濃度課題概述： 酸堿中和滴定是常用的測定未知酸堿濃度的一類方法。常規(guī)的酸堿中和滴定是利用指示劑的變色來判斷中和滴定的終點(即等當點)，這要求操作者對于指示劑顏色變化十分敏感。本實驗通過pH傳感器，監(jiān)測鹽酸與氫氧化鈉溶液中和反應(yīng)過程中pH值變化，從而使得滴定終點的判斷更加簡單、清晰。 pH傳感器通過測量pH電極和參比電極、被測溶液所組成的電池的電動勢，間接測量pH電極的電位，從而得到溶液中的氫離子濃度。教學(xué)目標： 1研究酸堿中和反應(yīng)過程中pH值變化情況，理解中和反應(yīng)的實質(zhì)。 2學(xué)會尋找中和反應(yīng)的等當點，并計算未知酸溶液的濃度。器材準備： 實驗藥品：氫氧化鈉固體、

2、未知濃度鹽酸溶液(濃度為0.1mol/L左右)、pH標準緩沖溶液(pH= 6.865、pH=9.180)。 實驗儀器：TI83 Plus圖形計算器及CBL系統(tǒng)、pH傳感器、電磁攪拌器、100mL錐形瓶、酸式滴定管、堿式滴定管、小燒杯、250mL容量瓶、玻璃棒、膠頭滴管、蒸餾水洗瓶。 實驗裝置：如下圖所示。 實驗步驟：一實驗準備 1配制標準緩沖溶液。 將購得的pH標準緩沖物質(zhì)一小包溶于水，轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中，加水稀釋至刻度線，即為pH標準緩沖溶液。(對應(yīng)的pH值及注意事項請參見標準物質(zhì)包裝袋)。 2配制0.1000mol/L標準氫氧化鈉溶液。 用電子天平稱取4.000g氫氧化鈉固體，溶于適

3、量水中，靜置冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移至1000mL容量瓶中，加水稀釋至刻度線。 3將滴定管清洗干凈，分別用標準氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液潤洗后，加入標準氫氧化鈉溶液和待測鹽酸溶液至零刻度線。二設(shè)置傳感器 1將TI83 Plus圖形計算器、CBL系統(tǒng)按圖示連接。 2將pH傳感器與CBL系統(tǒng)CH1通道相連。 3打開TI83 Plus圖形計算器、CBL系統(tǒng)，按APPS，選擇“CHEMBIO”程序，按ENTER。(見圖1、2) 圖1 圖2 4在“MAIN MENU”菜單中選擇“1：SET UP PROBES”；輸入傳感器數(shù)量“1”，按ENTER。(見圖3) 5在“SELECT PROBE”菜單中選擇“2：pH”。

4、(見圖4) 圖3 圖4 6輸入通道序號“1”；在“CALIBRATION”菜單中選擇“2：PERFORM NEW”。 預(yù)熱30秒后，按ENTER。(見圖5、6) 圖5 圖6 7將裝有pH值為6.865的標準緩沖溶液的燒杯放在電磁攪拌器上，并將電磁攪拌器的加熱溫度調(diào)至25。將干凈的pH電極浸入燒杯中，當CBL系統(tǒng)顯示屏示數(shù)穩(wěn)定后，按CBL上的TRIGGER鍵，并在圖形計算器上輸入pH值“6.865”。(見圖7、8) 圖7 圖8 8取出pH電極，用水沖洗干凈，用濾紙小心吸干電極外表。 9將裝有pH值為9.180的標準緩沖溶液的燒杯放在電磁攪拌器上，并將電磁攪拌器的加熱溫度調(diào)至25。將干凈的pH電極

5、浸入燒杯中，當CBL系統(tǒng)顯示屏示數(shù)穩(wěn)定后，按TRIGGER鍵，并在圖形計算器上輸入pH值“9.180”。(見圖9、10) 圖9 圖10 10在“CALIBRATION DONE”屏幕中顯示了校正曲線的斜率INTERCEPT(K0，B)與截距SLOPE(K1，A)。記錄這些數(shù)據(jù)。以后測定時，如果仍使用同一pH傳感器并且環(huán)境情況相類似時，可以不用標準溶液校正，而在“CALIBRATION”菜單中選擇“3：MANUAL ENTRY”，手工輸入校正曲線的斜率INTERCEPT與截距SLOPE，即可實現(xiàn)pH電極的校正。(見圖11) 圖11三pH值數(shù)據(jù)采集 1用酸式滴定管向100mL錐形瓶中注入10.00

6、mL待測鹽酸溶液，將錐形瓶置于電磁攪拌器上并放入攪拌子。 2將干凈的pH電極浸入錐形瓶內(nèi)溶液中。 3在“MAIN MENU”菜單中選擇“2：COLLECT DATA”。(見圖12) 4在“COLLECT DATA”菜單中選擇“3：TRIGGER / PROMPT”，預(yù)熱30秒后，按ENTER。(見圖13) 圖12 圖13 5當CBL系統(tǒng)顯示屏示數(shù)穩(wěn)定后，按TRIGGER鍵，并在圖形計算器上輸入加入氫氧化鈉溶液的總體積“0”。(見圖14、15) 圖14 圖15 6在“DATA COLLECTION”菜單中選擇“1：MORE DATA”。(見圖16) 圖16 7用堿式滴定管向錐形瓶中注入1.00m

7、L 0.1000mol/L氫氧化鈉溶液，攪拌均勻。當CBL系統(tǒng)顯示屏示數(shù)穩(wěn)定后，按TRIGGER鍵，并在圖形計算器上輸入加入氫氧化鈉的總體積“1.00” mL。(見圖17、18) 圖17 圖18 8重復(fù)6、7的操作步驟。每次按TRIGGER鍵后在圖形計算器上輸入加入氫氧化鈉的總體積，直至加入氫氧化鈉溶液的總體積達到9.00mL。(見圖19) 圖19 9在“DATA COLLECTION”菜單中選擇“1：MORE DATA”。(見圖20) 10用堿式滴定管向錐形瓶中注入0.50mL 0.1000mol/L氫氧化鈉溶液，攪拌均勻。當CBL系統(tǒng)顯示屏示數(shù)穩(wěn)定后，按TRIGGER鍵，并在圖形計算器上輸

8、入加入氫氧化鈉的總體積“9.50” mL。(見圖21) 圖20 圖21 11在“DATA COLLECTION”菜單中選擇“1：MORE DATA”。 12用堿式滴定管向錐形瓶中注入0.10mL 0.1000mol/L氫氧化鈉溶液，攪拌均勻。當CBL系統(tǒng)顯示屏示數(shù)穩(wěn)定后，按TRIGGER鍵，并在圖形計算器上輸入加入氫氧化鈉的總體積“9.60” mL。 13重復(fù)11、12的操作步驟。每次按TRIGGER鍵后在圖形計算器上輸入加入氫氧化鈉的總體積，直至加入硫酸溶液的總體積達到10.50mL。(見圖22、23) 圖22 圖23 14在“DATA COLLECTION”菜單中選擇“1：MORE DAT

9、A”。 15用堿式滴定管向錐形瓶中注入0.50mL 0.1000mol/L氫氧化鈉溶液，攪拌均勻。當CBL系統(tǒng)顯示屏示數(shù)穩(wěn)定后，按TRIGGER鍵，并在圖形計算器上輸入加入氫氧化鈉的總體積“11.00” mL。 16重復(fù)6、7的操作步驟。每次按TRIGGER鍵后在圖形計算器上輸入加入氫氧化鈉的總體積，直至加入氫氧化鈉溶液的總體積達到15.00mL。 17在“DATA COLLECTION”菜單中選擇“2：STOP”，即完成了數(shù)據(jù)的采集。(見圖24) 圖24實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)處理：1在“MAIN MENU”菜單中選擇“3：VIEW GRAPH”，所顯示的就是中和反應(yīng)過程中隨著氫氧化鈉加入量pH值的變

10、化曲線。(例：見圖25) 圖25 2按ENTER，在“MAIN MENU”菜單中選擇“7：QUIT”。 3按2nd+STAT PLOTS，在“STAT PLOTS”菜單中選擇“1：Plot1On”。(見圖26) 4按6移動至“Type：”，將其改為xy直線圖，按2nd+QUIT退出。(見圖27) 圖26 圖27 5在主屏幕中按GRAPH，所顯示的就是反應(yīng)過程中隨著硫酸加入量pH值的變化曲線。(例：見圖28) 圖28 6按ZOOM，在“ZOOM”菜單中選擇“1：ZBox”(Zbox允許在當前窗口中，用矩形框選擇一部分圖形放大研究)。按 5、 6、 3、 4，將十字光標移至“X = 9.989，Y

11、 = 7.195”左右，按ENTER。即確定了放大框的左上角。(例：見圖29、30) 圖29 圖30 7按 5、 6、 3、 4，將十字光標移至“X = 10.372，Y = 6.794”左右，按ENTER。即確定了放大框的右下角。(例：見圖31、32) 圖31 圖32 8此時顯示的是局部放大了的滴定曲線。按 5、 6，將十字光標移至盡量靠近“ Y = 7”的地方；按3、 4，將十字光標移至滴定曲線上，讀出X的數(shù)值為10.12mL。(例：見圖33、34) 圖33 圖34 9若十字光標不能距離“ Y = 7”足夠近，則可以重復(fù)6、7、8步驟以放大滴定曲線至足夠大小。 10計算稀鹽酸的濃度：c(堿

12、)V(堿) = c(酸)V(酸) 0.1000× 10.12 = c(酸) ×10.00 c(酸) = 0.1012 mol/L 實驗說明： 1為得到更準確的數(shù)據(jù)，pH電極在測量前，必須進行標定。 2標準緩沖溶液的pH值隨溫度的變化會有所改變，因此在標定時必須恒定溶液溫度為25。 3在接近滴定等當點時，pH值的變化變得更為明顯，此時每次注入氫氧化鈉溶液的體積應(yīng)盡量減小(實驗中減為0.10 mL)，以精確記錄滴定突躍的情況。 4本實驗的數(shù)據(jù)處理，也可以由等當點前后的兩點進行線性回歸，根據(jù)回歸方程以求得pH值等于7時加入氫氧化鈉的體積(詳見“酸堿中和滴定研究”)。具體操作過程中可以根據(jù)實際情況挑選更為簡便的方法。思考與拓展： 1用指示劑和用pH傳感器監(jiān)測中和滴定的終點，各有什么優(yōu)點和缺點？ 2重復(fù)以上實驗，用稀鹽酸滴定氫氧化鈉溶液，并計算未知鹽酸溶液的濃度。實驗結(jié)果與用氫氧化鈉滴定鹽酸所得結(jié)果相比，是否一樣，為什么？ 3用酚酞試液作為指示劑進行中和滴定，并記錄達到終點時消耗氫氧化鈉的體積。預(yù)測兩種方法(用指示劑與用pH傳感器)測得的結(jié)果有何差異？進行實驗驗證猜想，并用理論